Die Arbeit an einer Vielzahl verschiedener Palettierungsmaschinen hat mich zugleich frustriert als auch inspiriert.

Es scheint mir hier ein Muster hervorzublicken: Die Zuverlässigen Palettierer sind langsamer und die schnellen Palettierer sind weniger zuverlässig.
Was in vielerlei Hinsicht Sinn ergibt, hätte ich jedoch so nicht erwartet. Ich hatte das Vorurteil, dass hier die Anlagenhersteller den erhöhten Durchsatz durch komplexe Technik und höhere Kosten umsetzen würden. Es könnte sein, dass Maschinen dieser Art existieren, deren Footprints oder auch Preis jedoch nicht attraktiv sind und aufgrund dessen weniger zum Einsatz kommen.

Was bei Bedarf von hohem Durchsatz zum Einsatz zu kommen scheint, sind komplizierte Anlagen mit relativ simpler Technik. Absätze, Lichtschranken, Rollen und Förderbänder sowie Zeitprogramme und Zähler. Sehr viele Komponenten, die meisten mechanisch und unter Dauerbelastung stehen.

Im Gegensatz dazu sind die langsameren, mir bekannten Palettierer hier viel eleganter aufgebaut. Die elegantesten nutzen einen Roboter, um das Produkt nach geringer Vorformatierung direkt auf die Palette zu geben. Diese Konstruktion erlaubt es, viele Komponenten und Funktionsgruppen einzusparen. So ist kein Palettenlift oder Lagenlift vonnöten, kein „Zurechtrücker“ und vereinfacht die Formatierung leicht. Hier ist im Vergleich zu der Konstruktion ohne Roboter jedoch klar ein Limit bei der Minimalgrösse des Produkts sowie beim Durchsatz ersichtlich. Der Roboter kann nur eine Bewegung gleichzeitig durchführen, und eine Parallelisierung ist schwer möglich.

Systeme, die zwischen diesen zwei liegen, gibt es auch. Hier habe ich jedoch nicht viel Interessantes vernehmen können. Einige der Palettierer nutzen Roboter, anstatt Schieber und Absätze bei der Formatierung. Dies vereinfacht die Konstruktion, büsst jedoch ziemlich viel Platz ein und hat die gleiche Problematik bei der Skalierung wie andere Robotersysteme.

Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Roboter ist nicht wirklich möglich, da das Eigengewicht und die Beschleunigungstoleranz der Ware dies stark limitieren.

Hier nun zu meinem Konzept: Aus den Vergleichen ziehe ich heraus, dass ein elegantes System eine hohe Bewegungsfreiheit aufweisen sollte, sowohl hohen Durchsatz erreichen muss, als auch wenig Komponenten und geringen Bauraum benötigen sollte.
Des Weiteren habe ich aus anderen Beobachtungen erkannt, dass ein System, welches entgegenkommend ist, vielen Problemen, ironischerweise, aus dem Weg gehen könnte.

Anhand dieser Vorgaben ersehe ich einen Palettierer, welcher eigenständig parallel oder in Serie geschaltet werden kann.
Die Eingänge an Leerpaletten, der Zwischenlagen sowie des Materials befinden sich auf einer Seite des Palettierers. Leerpaletten und Zwischenlagen werden unten eingeführt, das Material oben.
Die Ausgangsseite befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite. Je nach Konfiguration von Palettierern können die Zwischenlagen, volle oder teilweise fertige Paletten sowie Material und Ausschuss ausgegeben oder weitergegeben werden.
Paletten sowie Zwischenlagen werden auf geraden Stücken an Rollenförderern oder Kettenförderern durch die Maschine befördert. Zum Erreichen der Arbeitsposition ist je eine Hubvorrichtung vorgesehen. Zentrierungsvorrichtungen sind hier absichtlich nicht nötig.
Das Material wird auf Förderbändern durch die Maschine befördert. Hier sind auch keine Führungsschienen oder andere Zentrierungshilfen vorgesehen. Bei den Ein- und Ausgängen muss ein gewisser Standard eingehalten werden, sodass die Ware korrekt an externe Beförderungssysteme übergeben werden kann.

Die zentrale Aufgabe des Palettierers übernimmt eine Fläche an Planarantrieben. Diese ist an der Oberseite des Palettierers befestigt. Äusserst unüblich zeigt die aktive Seite der Antriebe nach unten. Die Fläche bedeckt die Zwischenlagenstation, die Palettenstation sowie das Materialförderband. Eine fixe Maximalhöhe wird von den Antrieben vorgegeben, welche mit dem Maschinengestell befestigt sind.
Auf den Antrieben bewegen sich Mover, welche schwebend ihre Arbeit verrichten und von den Antrieben bewegt und gehalten werden. Die Mover können in allen sechs Achsen bewegt werden, wobei die höchste Dynamik und Freiheit in den X- und Y-Linearachsen und der Z-Rotationsachse steckt.
Das Förderband, welches das Material zur Palettierung liefert, ist in einer fixen Distanz zu den Antrieben montiert. Dies, minus nötige Abstände, gibt die Maximalhöhe des Materials vor.
Auf den Movern ist materialspezifisches Werkzeug montiert. 

Um die nötigen Aufgaben zu erfüllen, werden Mover mit verschiedenen Werkzeugen und Nutzlast benötigt:

Die Geometrie der Werkzeuge gibt stark vor, wie performant das System operieren kann. Es ist wichtig, hier so zu konstruieren, dass die nötigen Funktionen ausgeführt werden können, jedoch genug Platz ist, damit sich die Mover nicht gegenseitig im Weg stehen und warten müssen. Der hier beschriebene Satz an Werkzeugen scheint mir eine gute Lösung zu sein, besonders da er die Konstruktionsdimension der Werkzeuge berücksichtigt und bedenkt, dass das Material bündig zueinander auf der Palette platziert werden muss. Ohne Tests in Simulationen und der Realität ist dies jedoch nicht möglich zu bestimmen.
Eine mögliche Zusammenlegung dieser Moverfunktionen ist vorbehalten.

Die nötigen Informationen, um diese Funktionen zu steuern und zu regeln, sollten meiner Meinung nach mit Kameras erfolgen. Klassische Sensoren können die nötigen Details, welche für einen hohen Durchsatz vonnöten sein werden, nicht erfassen und die hohe Anzahl der Sensoren steigert den Wartungsaufwand und fügt Schwachstellen dem System hinzu.
Im Gegensatz bestehen Kameras und deren Datenverarbeitung aus relativ wenigen Teilen. Ein Problem in dieser Verarbeitungskette kann jedoch fatal für das Gesamtsystem sein. Falls gewisse Einflüsse zu einem unvorhergesehenen Zustand führen und die Funktion einschränken, ist mit einem Komplettversagen der Anlage zu rechnen, welcher vom technischen Dienst wahrscheinlich auch nicht behoben werden kann.
Bei klassischen Systemen ist im Gegensatz hierzu mit verringerter Produktivität und vermehrten korrigierbaren Ausfällen zu rechnen.
Diese Ausfälle mehren sich jedoch auch mit Alter und Gebrauch der Anlage.

Ein kamerabasiertes System erlaubt es jedoch, Variablen automatisch entgegenkommend zu sein, was einer klassischen Maschine in einem solchen Ausmass schlicht nicht möglich ist. Entgegenkommend in diesem Kontext bedeutet, dass weniger Vorgaben und grössere Toleranzen im Allgemeinen bestehen. So können Paletten, Material oder die gesamte Maschine an sich verschoben, gedehnt, Geschwindigkeiten variieren oder Licht und Materialgegebenheit sich um Längen mehr unterscheiden und trotz dessen einen Betrieb bei vollem Durchsatz erlauben. Dies ermöglicht es, gesamte Funktionsgruppen aus der Maschine entfallen zu lassen, was damit verbundene Schwachstellen auch entfallen lässt und somit die Zuverlässigkeit erhöht.

Einen Nachteil, den den Betrieb der Planar-Antriebe mit der aktiven Seite gegen unten hat, ist, dass die Mover alle zuerst gesichert werden müssen, bevor die Maschine ausgeschaltet werden kann. Womöglich muss dies sogar gemacht werden, wenn eine Person in den Arbeitsbereich eintreten will.
Hier gibt es mehrere Möglichkeiten, die Mover zu sichern. Die kostengünstigste, die mir in den Sinn kommt, sind Auflageflächen, die während des Betriebs zwischen Antrieb und mover ruhen. Für die Serviceposition positionieren sich die Mover an der nächsten Parkposition, welche über die gesamte Fläche verteilt sind, dann schwenken die Auflageflächen nach unten und die Mover werden darauf abgesetzt. 

Mit diesem Aufbau würde folgender Ablauf beim Palettieren vonstattengehen:

  1. Leerpaletten, Zwischenlagen und Material werden dem Palettierer zugeführt.
  2. Der Palettierer erkennt den Input und bewegt diesen, sodass er grob im Zielbereich liegt.
  3. Eine Zwischenlage wird, falls im Format konfiguriert, durch die Zwischenlagenmover auf die Palette gelegt und dessen Position durch die Kameras geprüft und gegebenenfalls korrigiert.
  4. Das Material wird durch ein System vereinzelt, danach mit geregelter Geschwindigkeit vom Förderband durch die Maschine befördert.
  5. Je ein Satz der drei Typen Materialmover lädt das Material auf, während es sich auf dem Band bewegt.
  6. Das Material wird zur Palette befördert und nach Formatvorgabe aufgelegt. Die Kamerasysteme überwachen die Position und geben die nötigen Korrekturbewegungen dem Materialausrichter weiter.
  7. Schritt 5 und 6 werden parallel und von mehreren Sätzen an Movern durchgeführt und so lange wiederholt, bis die Lage nach Formatvorgabe fertiggestellt ist.
  8. Schritt 3 wird nach jeder Lage wiederholt. Die Palette wird vom Hebelsystem abgesenkt, um Platz für die nächste Lage zu machen.
  9. Ist die Palette nach Formatvorgabe fertig, wird sie aus dem Palettierer ausgegeben.
  10. Material, das aufgrund Ausschlusskriterien oder anderen Gründen nicht bearbeitet wurde, wird ausgegeben.
  11. Die Palette kann nun weiterbearbeitet werden. Zum Beispiel foliert und etikettiert werden.

Ich bin recht zufrieden mit diesem Konzept. Es werden zwar viele aufwendige Technologien verwendet, der Aufwand in der Entwicklung der Software kompensiert die anderweitig nötige Aufwendung im Unterhalt allemal.
Die Hubvorrichtungen im Konzept stören mich ein wenig. Gerne würde ich hier einen Weg finden, ohne auszukommen. In all meinen Vorstellungen war jedoch eine Apparatur nötig, um den wechselnden Höhenunterschied zwischen der wachsenden Palette und den bewegenden Maschinenteilen zu steuern.
Auch habe ich bewusst Palettenmagazin und Folierer sowie Etikettierer aus dem Konzept ausgeschlossen. Dies sind Schritte, die nicht wirklich durch eine Integration Vorteile ziehen würden. Es könnte möglich sein, würde jedoch das Konzept um einiges weniger elegant machen.